CN110395243B - 一种cvt插电式四驱混合动力汽车的cvt速比优化及能量管理方法 - Google Patents

一种cvt插电式四驱混合动力汽车的cvt速比优化及能量管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种CVT插电式四驱混合动力汽车的CVT速比优化及能量管理方法。首先将运行模式划分为：后驱电机驱动模式、双电机驱动模式、纯发动机驱动模式、混合模式、行车充电模式和制动模式；然后以前轴动力传动系统总效率最高为优化目标，采用瞬时优化方法分别对双电机驱动模式、纯发动机驱动模式、混合模式和行车充电模式下的CVT速比进行优化，从而获得上述四种运行模式下的CVT目标速比MAP图；最后根据车速、车辆的需求转矩和电池SOC值确定整车的运行模式，并根据运行模式确定发动机、后驱电机和ISG电机的转矩和CVT的目标速比。本发明提高了CVT插电式四驱混合动力传动系统效率，降低了整车燃油消耗和排放。

Description

一种CVT插电式四驱混合动力汽车的CVT速比优化及能量管理 方法
技术领域
本发明涉及混合动力电动汽车技术领域，更具体的说，是涉及一种CVT插电式四驱混合动力汽车的CVT速比优化及能量管理方法。
背景技术
目前存在于市场上的插电式四驱混合动力汽车不多，且配备的变速系统主要是双离合变速器(DCT)和电控机械自动变速器(AMT)。无级自动变速器(CVT)应用于插电式四驱混合动力汽车上较少，仅有部分并联式两驱插电式混合动力汽车上采用了CVT作为变速器。使用CVT的汽车经常使用自动控制的无级换挡，提高了整车燃油经济性，改善了整车动力性和行驶平顺性。
相比于CVT插电式两驱混合动力汽车，CVT插电式四驱混合动力汽车具有更多可以独立或协同工作的动力部件，且控制变量更多，因此，CVT插电式四驱混合动力汽车的CVT速比优化及能量管理更为复杂，目前针对CVT插电式四驱混合动力汽车的CVT速比优化方法研究还未见报道。因此，提供一种CVT插电式四驱混合动力汽车CVT速比优化及能量管理方法，以提高整车的燃油经济性和排放性能，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种CVT插电式四驱混合动力汽车CVT速比优化和能量管理方法，以解决CVT插电式四驱混合动力汽车CVT速比优化和能量管理问题，进一步提高整车的燃油经济性和排放性的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
首先将CVT插电式四驱混合动力汽车的运行模式分为：后驱电机驱动模式、双电机驱动模式、纯发动机驱动模式、混合模式、行车充电模式和制动模式；其次，以前轴动力传动系统总效率最高为优化目标，并采用瞬时优化方法分别对双电机驱动模式、纯发动机驱动模式、混合模式和行车充电模式下的CVT目标速比进行优化，从而获得上述四种运行模式下的CVT目标速比MAP图；最后根据车速、车辆的需求转矩和电池SOC值确定整车的运行模式,并根据运行模式确定发动机、后驱电机和ISG电机的转矩和CVT的目标速比。
进一步地，所述的CVT插电式四驱混合动力汽车的前轴采用P2构型，即ISG电机位于发动机与变速器之间，且发动机与ISG电机同轴连接，前轴变速器采用CVT；后轴采用后驱电机进行驱动。
进一步地，所述以动力传动系统总效率最高为优化目标，采用瞬时优化方法分别对双电机驱动模式、纯发动机驱动模式、混合模式运行模式和行车充电模式下的CVT目标速比进行优化，从而获得上述四种运行模式下的CVT目标速比MAP图，包括以下步骤：
①.车辆的最高车速为V1,前轴车轮处的最大需求功率为P1，以较小的车速值△V对整车车速在0至V1范围内进行离散，以较小的功率值△P对前轴车轮处的需求功率在0至P1范围内进行离散，这样可得到一系列整车车速和前轴车轮处需求功率的工作点对；
②.针对每一个车速和前轴车轮处需求功率工作点对(Vm，Pn)进行如下计算：
Nm＝2.65Vm/Rtire (1)
Tn＝9549.3·Pn/Nm (2)
Figure GDA0002901772100000021
式中Rtire为轮胎半径，Nm为车轮转速，Tn为前轴车轮处的需求转矩，ifo为前轴主减速器速比，Tcvt_out为CVT输出转矩。
在此基础上，以较小的速比值Δi对CVT速比在其最小速比值imin和最大速比值imax范围内进行离散，从而获得了一系列的CVT速比值，针对每个CVT速比值ik，首先通过(ik，Tcvt_out)查取CVT效率MAP图，获得该CVT速比值下的CVT效率ηcvt_k，然后再通过公式Tcvt_in＝Tcvt_out/(ik·ηcvt_k)和Nisg＝Nm·i01·ik分别计算出前轴动力端需求转矩和前轴ISG电机的转速，再根据整车不同的运行模式，对前轴动力端需求转矩在发动机和前轴ISG电机之间进行分配，即：
双电机驱动模式：Te＝0,Tisg＝Tcvt_in,Ne＝0；
纯发动机驱动模式：Te＝Tcvt_in,Tisg＝0,Ne＝Nisg；
混合模式：Te＝Tel:ΔT:Temax,Tisg＝min(Tisg_max,Tcvt_in-Te),Ne＝Nisg；
行车充电模式：Te＝Tel、Teopt or Temax,Tisg＝max(Tisg_min,Tcvt_in-Te),Ne＝Nisg。上述式中Te为发动机输出转矩，Tisg为电机转矩，Ne为发动机转速，ΔT为较小的发动机转矩步长。Telow为发动机的最小转矩，Temax为发动机最大输出转矩，Tel为发动机输出转矩的下限值，Teh发动机单独驱动的转矩上限值，Teopt为一定发动机转速下发动机效率最高点所对应的输出转矩，Tisg_min和Tisg_max分别为ISG电机的最小转矩和最大转矩。
再通过(Te，Ne)查发动机效率MAP图获取发动机效率ηe_k，通过(Tisg，Nisg)查ISG电机效率MAP图获取ISG电机效率ηisg_k，在此基础上，通过如下公式分别计算各种运行模式下的动力传动系统总效率：
双电机驱动模式：ηall＝ηisg_k·ηcvt_k；
纯发动机驱动模式：ηall＝ηe_k·ηcvt_k；
混合模式运行模式：
Figure GDA0002901772100000031
行车充电模式：
Figure GDA0002901772100000032
各个运行模式下总效率最高点所对应的CVT速比为该运行模式下车速和前轴车轮处需求功率工作点对(Vm，Pn)所对应的CVT目标速比。
各个运行模式下的其它车速和前轴车轮处的需求功率工作点对均按步骤
②获取其相应的CVT目标速比，最终获得各运行模式下的CVT目标速比MAP图。
进一步地，所述根据车速、车辆的需求转矩和电池SOC值确定整车的运行模式,并根据运行模式确定发动机、后驱电机和ISG电机的转矩和CVT的目标速比，其包括以下步骤：
①.当车速小于等于定值V0，且车辆车轮处的需求转矩0≤Treq≤Tmmax·iro时，整车运行在后驱电机驱动模式,该模式下的转矩分配和CVT目标速比为：Te＝0,
Figure GDA0002901772100000041
Tisg＝0,icvt＝imax；
②.当车速小于等于定值V0，且车辆车轮处的需求转矩Treq＞Tmmax·iro时，整车运行在双电机驱动模式；首先通过车速和前轴车辆处的需求功率(Vt，
Figure GDA0002901772100000042
)查取双电机驱动模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩(icvt，
Figure GDA0002901772100000043
)查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：Te＝0,Tm＝Tmmax,
Figure GDA0002901772100000044
③.当车速大于定值V0，且SOC≥SOCh,且车辆车轮处的需求转矩0≤Treq≤Tmmax·iro时，整车运行在后驱电机驱动模式，该模式下的转矩分配和CVT目标速比为：
Te＝0,
Figure GDA0002901772100000045
Tisg＝0,icvt＝imax；
④.当车速大于定值V0，且SOC≥SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Tmmax·iro＜Treq≤(Tmmax·iro+Tisgmax·ifo·icvt·ηcvt)时，整车运行在双电机驱动模式，其发动机、后驱电机和ISG电机转矩分配和CVT目标速比确定与步骤②一致；
⑤.当车速大于定值V0，且SOC≥SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Treq>(Tmmax·iro+Tisgmax·ifo·icvt·ηcvt)时，整车运行在四驱混合模式，首先通过车速和前轴车辆处的需求功率(Vt，
Figure GDA0002901772100000051
)查取混合模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩(icvt，
Figure GDA0002901772100000052
)查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：
Figure GDA0002901772100000053
针对一系列的发动机转矩值，求取前轴动力传动系统总效率，该效率最高点所对应的发动机转矩即为发动机的输出转矩。
⑥.当车速大于定值V0，且SOCl≤SOC＜SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式0≤Treq≤Tel·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在后驱电机驱动模式,该模式下的转矩分配和CVT目标速比为：Te＝0,
Figure GDA0002901772100000054
Tisg＝0,icvt＝imax；
⑦.当车速大于定值V0，且SOCl≤SOC＜SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Tel·ifo·icvt·ηcvt＜Treq≤Teh·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在纯发动机驱动模式,首先通过车速和前轴车辆处的需求功率(Vt，
Figure GDA0002901772100000055
)查取纯发动机驱动模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩(icvt，
Figure GDA0002901772100000056
)查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：
Figure GDA0002901772100000061
Tm＝0,Tisg＝0；
⑧.当车速大于定值V0，且SOCl≤SOC＜SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Treq＞Teh·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在混合模式,首先通过车速和前轴车辆处的需求功率(Vt，
Figure GDA0002901772100000062
)查取混合模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩(icvt，
Figure GDA0002901772100000063
)查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：
Te＝Teh,Tm＝0,
Figure GDA0002901772100000064
⑨.当车速大于定值V0，且SOC＜SOCl,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式0≤Treq≤Temax·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在行车充电模式,首先通过车速和前轴车辆处的需求功率(Vt，
Figure GDA0002901772100000065
)查取行车充电模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩(icvt，
Figure GDA0002901772100000066
)查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：当0≤Treq≤Tel·ifo·icvt·ηcvt时，Te＝Tel,Tm＝0,
Figure GDA0002901772100000067
当Tel·ifo·icvt·ηcvt＜Treq≤Teopt·ifo·icvt·ηcvt时，Te＝Teopt,Tm＝0,
Figure GDA0002901772100000068
当Teopt·ifo·icvt·ηcvt＜Treq≤Temax·ifo·icvt·ηcvt时，Te＝Temax,Tm＝0,
Figure GDA0002901772100000069
⑩.当车速大于定值V0，且SOC＜SOCl,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Treq＞Temax·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在纯发动机驱动模式,首先通过车速和前轴车辆处的需求功率(Vt，
Figure GDA0002901772100000071
)查取纯发动机驱动模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩(icvt，
Figure GDA0002901772100000072
)查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：
Figure GDA0002901772100000073
Tm＝0,Tisg＝0
Figure GDA0002901772100000074
当Treq＜0时，且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式|Treq|≤|Tmmin·iro|，整车运行在再生制动模式下，转矩分配为：
Te＝0,
Figure GDA0002901772100000075
Tisg＝0上述步骤中，Vt为车辆的车速，Treq为车辆车轮处的需求转矩，iro为后轴主减速器速比，ifo为前轴主减速器速比，Te为发动机的输出转矩，Tm为后驱电机的输出转矩，Tisg为前轴ISG电机的输出转矩，Tisgmax为ISG电机的最大输出转矩，Tmmax为后期电机的最大输出转矩，Tmmin为后期电机的最大充电转矩，SOCh为车辆工作在电量消耗阶段的电池SOC下限值，SOCl为车辆工作在电量维持阶段的电池SOC下限值。
本发明的有益效果是：首先，针对CVT插电式四驱混合动力汽车的结构特点，合理划分了其运行模式，然后以前轴动力传动系统效率最高为优化目标，采用瞬时优化方法对双电机驱动模式、纯发动机驱动模式、混合模式和行车充电模式下的CVT速比进行了离线优化，从而获得了上述四种运行模式下的CVT目标速比MAP图，为在线能量管理过程中CVT速比控制提供了依据，最后根据车速、车辆的需求转矩和电池SOC值确定整车的运行模式,并根据各个运行模式的特点进行在线整车能量管理。本发明方法能结合CVT工作特性，使前轴动力传动系统效率得到优化，且在满足整车动力性能的前提下，能合理分配发动机、后驱电机和ISG电机转矩。
附图说明
图1为本发明实施例公开的一种CVT插电式四驱混合动力汽车动力传动系统结构示意图；
图2为本发明公开的一种CVT插电式四驱混合动力汽车CVT速比优化和能量管理方法流程图；
图3为本发明公开的一种CVT插电式四驱混合动力汽车CVT速比离线优化方法流程图；
图4为本发明公开的一种CVT插电式四驱混合动力汽车在线能量管理方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图1，为本发明公开的一种CVT插电式四驱混合动力汽车动力传动系统结构示意图，包括发动机1、ISG电机2、CVT 3、前轴4、前主减速器5、后驱电机6、后轴7和后主减速器8。前轴采用P2构型，即ISG电机2位于发动机1与变速器3之间，且发动机1与ISG电机2同轴连接，前轴4采用CVT 3进行驱动，后轴7采用后驱电机6进行驱动。其中电机由电池组提供电能，电池组可外接充电器，通过电网给电池组供电。
请参阅附图2，为本发明公开的一种CVT插电式四驱混合动力汽车CVT速比优化及能量管理方法流程图，主要包括如下步骤：
(1)根据CVT插电式四驱混合动力汽车的结构特点，将其运行模式划分为：后驱电机驱动模式、双电机驱动模式、纯发动机驱动模式、混合模式(包括四驱混合模式和前轴混合模式)、行车充电模式和制动模式(机械制动和再生制动模式)；
(2)进行CVT速比离线优化，即以前轴动力传动系统总效率最高为优化目标，采用瞬时优化方法分别对双电机驱动模式、纯发动机驱动模式、混合模式运行模式和行车充电模式下的CVT速比进行优化，从而获得上述四种运行模式下的CVT目标速比MAP图；
(3)进行在线能量管理，即根据车速、车辆的需求转矩和电池SOC值确定整车的运行模式,并根据运行模式在线查表获取CVT目标速比以及分配发动机、后驱电机和ISG电机的转矩。
请参阅附图3，为本发明公开的一种CVT插电式四驱混合动力汽车CVT速比离线优化方法流程图，具体步骤如下：具体包括以下步骤：
在步骤201中，车辆的最高车速为160km/h,以1km/h的车速间隔对整车车速在0至160km/h范围内进行离散；
在步骤202中，前轴车轮处的最大需求功率为115Kw，以2Kw的功率间隔对前轴车轮处的需求功率在0至115Kw范围内进行离散，这样就可得到一系列整车车速和前轴车轮处需求功率的工作点对；
在步骤203中，针对每一个车速和前轴车轮处需求功率工作点对(Vm，Pn)进行如下计算：
Nm＝2.65Vm/Rtire (1)
Tn＝9549.3·Pn/Nm (2)
Figure GDA0002901772100000091
式中Rtire为轮胎半径，Nm为车轮转速，Tn为前轴车轮处需求转矩，ifo为前轴主减速器速比，Tcvt_out为CVT输出转矩；
在步骤204中，CVT的最小速比为0.38，最大速比为2.64，以较小的速比值0.01对CVT速比在其最小速比值和最大速比值范围内进行离散，从而获得了一系列的CVT速比值；
在步骤205中，针对每个CVT速比值icvt_k，通过(icvt_k，Tcvt_out)查取CVT效率MAP图，获得该CVT速比值下的CVT效率ηcvt_k；
在步骤206中，通过公式Tcvt_in＝Tcvt_out/(ik·ηcvt_k)和
Figure GDA0002901772100000101
分别计算出前轴动力端需求转矩和前轴ISG电机的转速；其中，ik和icvt_k相同，是同一个意思。
在步骤207中，根据整车不同的运行模式，对前轴动力端需求转矩在发动机和前轴ISG电机之间进行分配，即：
双电机驱动模式：Te＝0,Tisg＝Tcvt_in,Ne＝0；
纯发动机驱动模式：Te＝Tcvt_in,Tisg＝0,Ne＝Nisg；
混合模式：Te＝Tel:ΔT:Temax,Tisg＝min(Tisg_max,Tcvt_in-Te),Ne＝Nisg；
行车充电模式：Te＝Tel、Teoptor Temax,Tisg＝max(Tisg_min,Tcvt_in-Te),Ne＝Nisg。
上述式中Te为发动机输出转矩，Tisg为电机转矩，Ne为发动机转速，ΔT为较小的发动机转矩步长。Telow为发动机的最小转矩，Temax为发动机最大输出转矩，Tel为发动机输出转矩的下限值，Teh发动机单独驱动的上限值，Teopt为一定发动机转速下发动机效率最高点所对应的输出转矩，Tisg_min和Tisg_max分别为ISG电机的最小转矩和最大转矩。其中，公式“Te＝Tel：ΔT：Temax”中的冒号表示比号。Telow和Tel相同，Teh和Temax相同。
在步骤208中，通过(Te，Ne)查发动机效率MAP图获取发动机效率ηe_k，通过(Tisg，Nisg)查ISG电机效率MAP图获取ISG电机效率ηisg_k，在此基础上，通过如下公式分别计算各种运行模式下的动力传动系统总效率：
双电机驱动模式：ηall＝ηisg_k·ηcvt_k；
纯发动机驱动模式：ηall＝ηe_k·ηcvt_k；
混合模式运行模式：
Figure GDA0002901772100000111
行车充电模式：
Figure GDA0002901772100000112
在步骤209中，各个运行模式下总效率最高点所对应的CVT速比为该运行模式下车速和前轴车轮处需求功率工作点对(Vm，Pn)所对应的CVT目标速比。
各个运行模式下的其它车速和前轴车轮处需求功率工作点对均按步骤203至209获取其相应的CVT目标速比，最终获得各运行模式下的CVT目标速比MAP图。
请参阅附图4，为本发明公开的一种CVT插电式四驱混合动力汽车在线能量管理方法流程图，首先根据车速、车辆的需求转矩和电池SOC值确定整车的运行模式,然后根据运行模式确定发动机、后驱电机和ISG电机的转矩以及CVT的目标速比，主要包括以下步骤：
①.当车速小于等于定值V0，且车辆车轮处的需求转矩0≤Treq≤Tmmax·iro时，整车运行在后驱电机驱动模式,该模式下的转矩分配和CVT目标速比为：Te＝0,
Figure GDA0002901772100000113
Tisg＝0,icvt＝imax；其中，imax的定义为最大速比值。
②.当车速小于等于定值V0，且车辆车轮处的需求转矩Treq＞Tmmax·iro时，整车运行在双电机驱动模式；首先通过车速和前轴车辆处的需求功率(Vt，
Figure GDA0002901772100000121
)查取双电机驱动模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩(icvt，
Figure GDA0002901772100000122
)查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：Te＝0,Tm＝Tmmax,
Figure GDA0002901772100000123
③.当车速大于定值V0，且SOC≥SOCh,且车辆车轮处的需求转矩0≤Treq≤Tmmax·iro时，整车运行在后驱电机驱动模式，该模式下的转矩分配和CVT目标速比为：
Te＝0,
Figure GDA0002901772100000124
Tisg＝0,icvt＝imax；
④.当车速大于定值V0，且SOC≥SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Tmmax·iro＜Treq≤(Tmmax·iro+Tisgmax·ifo·icvt·ηcvt)时，整车运行在双电机驱动模式，其发动机、后驱电机和ISG电机转矩分配和CVT目标速比确定与步骤②一致；
⑤.当车速大于定值V0，且SOC≥SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Treq>(Tmmax·iro+Tisgmax·ifo·icvt·ηcvt)时，整车运行在四驱混合模式，首先通过车速和前轴车辆处的需求功率(Vt，
Figure GDA0002901772100000125
)查取混合模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩(icvt，
Figure GDA0002901772100000126
)查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：
Figure GDA0002901772100000127
针对一系列的发动机转矩值，求取前轴动力传动系统总效率，该效率最高点所对应的发动机转矩即为发动机的输出转矩。
⑥.当车速大于定值V0，且SOCl≤SOC＜SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式0≤Treq≤Tel·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在后驱电机驱动模式,该模式下的转矩分配和CVT目标速比为：Te＝0,
Figure GDA0002901772100000131
Tisg＝0,icvt＝imax；
⑦.当车速大于定值V0，且SOCl≤SOC＜SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Tel·ifo·icvt·ηcvt＜Treq≤Teh·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在纯发动机驱动模式,首先通过车速和前轴车辆处的需求功率(Vt，
Figure GDA0002901772100000132
)查取纯发动机驱动模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩(icvt，
Figure GDA0002901772100000133
)查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：
Figure GDA0002901772100000134
Tm＝0,Tisg＝0；
⑧.当车速大于定值V0，且SOCl≤SOC＜SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Treq＞Teh·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在前轴混合模式,首先通过车速和前轴车辆处的需求功率(Vt，
Figure GDA0002901772100000135
)查取混合模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩(icvt，
Figure GDA0002901772100000136
)查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：
Te＝Teh,Tm＝0,
Figure GDA0002901772100000137
⑨.当车速大于定值V0，且SOC＜SOCl,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式0≤Treq≤Temax·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在行车充电模式,首先通过车速和前轴车辆处的需求功率(Vt，
Figure GDA0002901772100000138
)查取行车充电模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩(icvt，
Figure GDA0002901772100000141
)查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：
当0≤Treq≤Tel·ifo·icvt·ηcvt时，Te＝Tel,Tm＝0,
Figure GDA0002901772100000142
当Tel·ifo·icvt·ηcvt＜Treq≤Teopt·ifo·icvt·ηcvt时，Te＝Teopt,Tm＝0,
Figure GDA0002901772100000143
当Teopt·ifo·icvt·ηcvt＜Treq≤Temax·ifo·icvt·ηcvt时，Te＝Temax,Tm＝0,
Figure GDA0002901772100000144
⑩.当车速大于定值V0，且SOC＜SOCl,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Treq＞Temax·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在纯发动机驱动模式,首先通过车速和前轴车辆处的需求功率(Vt，
Figure GDA0002901772100000145
)查取纯发动机驱动模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩(icvt，
Figure GDA0002901772100000146
)查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：
Figure GDA0002901772100000147
Tm＝0,Tisg＝0
Figure GDA00029017721000001410
当Treq＜0时，且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式|Treq|≤|Tmmin·iro|，整车运行在再生制动模式下，转矩分配为：
Te＝0,
Figure GDA0002901772100000149
Tisg＝0
上述步骤中，Vt为车辆的车速，Treq为车辆车轮处的需求转矩，iro为后轴主减速器速比，ifo为前轴主减速器速比，Te为发动机的输出转矩，Tm为后驱电机的输出转矩，Tisg为前轴ISG电机的输出转矩，Tisgmax为ISG电机的最大输出转矩，Tmmax为后期电机的最大输出转矩，Tmmin为后期电机的最大充电转矩，SOCh为车辆工作在电量消耗阶段的电池SOC下限值，SOCl为车辆工作在电量维持阶段的电池SOC下限值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种CVT插电式四驱混合动力汽车的CVT速比优化及能量管理方法，包括如下步骤：
(1)将CVT插电式四驱混合动力汽车的运行模式划分为：后驱电机驱动模式、双电机驱动模式、纯发动机驱动模式、混合模式包括四驱混合模式和前轴混合模式、行车充电模式和制动模式包括机械制动和再生制动模式；
(2)以前轴动力传动系统总效率最高为优化目标，并采用瞬时优化方法分别对双电机驱动模式、纯发动机驱动模式、混合模式运行模式和行车充电模式下的CVT速比进行优化，从而获得上述四种运行模式下的CVT目标速比MAP图；
(3)根据车速、车辆的需求转矩和电池SOC值确定整车的运行模式,并根据运行模式确定发动机、后驱电机和ISG电机的转矩以及CVT的目标速比；
所述的CVT插电式四驱混合动力汽车的前轴采用P2构型，即ISG电机位于发动机与变速器之间，且发动机与ISG电机同轴连接，前轴变速器采用CVT；后轴采用后驱电机进行驱动，
所述的CVT插电式四驱混合动力汽车的CVT速比优化及能量管理方法，其特征在于，所述以前轴动力传动系统总效率最高为优化目标，采用瞬时优化方法分别对双电机驱动模式、纯发动机驱动模式、混合模式运行模式和行车充电模式下的CVT速比进行优化，从而获得上述四种运行模式下的CVT目标速比MAP图，包括以下步骤：
①车辆的最高车速为V1,前轴车轮处的最大需求功率为P1，以较小的车速值△V对整车车速在0至V1范围内进行离散，以较小的功率值△P对前轴车轮处的需求功率在0至P1范围内进行离散，这样可得到一系列整车车速和前轴车轮处需求功率的工作点对；
②针对每一个车速和前轴车轮处需求功率工作点对(Vm，Pn)进行如下计算：
Nm＝2.65Vm/Rtire (1)
Tn＝9549.3·Pn/Nm (2)
Figure FDA0002934196300000021
式中Rtire为轮胎半径，Nm为车轮转速，Tn为前轴车轮处的需求转矩，ifo为前轴主减速器速比，Tcvt_out为CVT输出转矩；
在此基础上，以较小的速比值Δi对CVT速比在其最小速比值imin和最大速比值imax范围内进行离散，从而获得了一系列的CVT速比值，针对每个CVT速比值icvt_k，首先通过(icvt_k，Tcvt_out)查取CVT效率MAP图，获得该CVT速比值下的CVT效率ηcvt_k，然后再通过公式Tcvt_in＝Tcvt_out/(ik·ηcvt_k)和
Figure FDA0002934196300000022
分别计算出前轴动力端需求转矩和前轴ISG电机的转速，再根据整车不同的运行模式，对前轴动力端需求转矩在发动机和前轴ISG电机之间进行分配，即：
双电机驱动模式：Te＝0,Tisg＝Tcvt_in,Ne＝0；
纯发动机驱动模式：Te＝Tcvt_in,Tisg＝0,Ne＝Nisg；
混合模式：Te＝Tel:ΔT:Temax,Tisg＝min(Tisg_max,Tcvt_in-Te),Ne＝Nisg；式中：以较小的发动机转矩步长ΔT在Tel至Temax范围内进行离散，这样可得到一系列的发动机转矩；
行车充电模式：Te＝Tel、Teopt or Temax,Tisg＝max(Tisg_min,Tcvt_in-Te),Ne＝Nisg；
上述式中Te为发动机输出转矩，Tisg为电机转矩，Ne为发动机转速，ΔT为较小的发动机转矩步长，Temax为发动机最大输出转矩，Tel为发动机输出转矩的下限值，Teopt为一定发动机转速下发动机效率最高点所对应的输出转矩，Tisg_min和Tisg_max分别为ISG电机的最小转矩和最大转矩；
再通过(Te，Ne)查发动机效率MAP图获取发动机效率ηe_k，通过(Tisg，Nisg)查ISG电机效率MAP图获取ISG电机效率ηisg_k，在此基础上，通过如下公式分别计算各种运行模式下的动力传动系统总效率：
双电机驱动模式：ηall＝ηisg_k·ηcvt_k；
纯发动机驱动模式：ηall＝ηe_k·ηcvt_k；
混合模式运行模式：
Figure FDA0002934196300000031
行车充电模式：
Figure FDA0002934196300000032
各个运行模式下总效率最高点所对应的CVT速比为该运行模式下车速和前轴车轮处需求功率工作点对(Vm，Pn)所对应的CVT目标速比；
各个运行模式下的其它车速和前轴车轮处的需求功率工作点对均按步骤②获取其相应的CVT目标速比，最终获得各运行模式下的CVT目标速比MAP图。
2.根据权利要求1所述的CVT插电式四驱混合动力汽车的CVT速比优化及能量管理方法，其特征在于，所述根据车速、车辆的需求转矩和电池SOC值确定整车的运行模式,并根据运行模式确定发动机、后驱电机和ISG电机的转矩和CVT的目标速比，其包括以下步骤：
①当车速小于等于定值V0，且车辆车轮处的需求转矩0≤Treq≤Tmmax·iro时，整车运行在后驱电机驱动模式,该模式下的转矩分配和CVT目标速比为：
Te＝0,
Figure FDA0002934196300000033
Tisg＝0,icvt＝imax；其中，imax的定义为最大速比值；
②当车速小于等于定值V0，且车辆车轮处的需求转矩Treq＞Tmmax·iro时，整车运行在双电机驱动模式；首先通过车速和前轴车辆处的需求功率
Figure FDA0002934196300000034
Figure FDA0002934196300000041
查取双电机驱动模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩
Figure FDA0002934196300000042
Figure FDA0002934196300000043
查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：Te＝0,Tm＝Tmmax,
Figure FDA0002934196300000044
③当车速大于定值V0，且SOC≥SOCh,且车辆车轮处的需求转矩0≤Treq≤Tmmax·iro时，整车运行在后驱电机驱动模式，该模式下的转矩分配和CVT目标速比为：
Te＝0,
Figure FDA0002934196300000045
Tisg＝0,icvt＝imax；
④当车速大于定值V0，且SOC≥SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Tmmax·iro＜Treq≤(Tmmax·iro+Tisgmax·ifo·icvt·ηcvt)时，整车运行在双电机驱动模式，其发动机、后驱电机和ISG电机转矩分配和CVT目标速比确定与步骤②一致；
⑤当车速大于定值V0，且SOC≥SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Treq>(Tmmax·iro+Tisgmax·ifo·icvt·ηcvt)时，整车运行在四驱混合模式，首先通过车速和前轴车辆处的需求功率
Figure FDA0002934196300000046
查取混合模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩
Figure FDA0002934196300000047
查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：
Figure FDA0002934196300000048
Tm＝Tmmax,
Figure FDA0002934196300000049
式中：以较小的发动机转矩步长ΔT在Tel至
Figure FDA0002934196300000057
范围内进行离散，这样可得到一系列的发动机转矩；
针对一系列的发动机转矩值，求取前轴动力传动系统总效率，该效率最高点所对应的发动机转矩即为发动机的输出转矩，
⑥当车速大于定值V0，且SOCl≤SOC＜SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式0≤Treq≤Tel·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在后驱电机驱动模式,该模式下的转矩分配和CVT目标速比为：Te＝0,
Figure FDA0002934196300000051
Tisg＝0,icvt＝imax；
⑦.当车速大于定值V0，且SOCl≤SOC＜SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Tel·ifo·icvt·ηcvt<Treq≤Temax·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在纯发动机驱动模式,首先通过车速和前轴车辆处的需求功率
Figure FDA0002934196300000052
查取纯发动机驱动模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩
Figure FDA0002934196300000053
查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：
Figure FDA0002934196300000054
Tm＝0,Tisg＝0；
⑧当车速大于定值V0，且SOCl≤SOC＜SOCh,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Treq>Temax·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在前轴混合模式,首先通过车速和前轴车辆处的需求功率
Figure FDA0002934196300000055
查取混合模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩
Figure FDA0002934196300000056
查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：
Te＝Temax，
Tm＝0，
Figure FDA0002934196300000061
⑨当车速大于定值V0，且SOC＜SOCl,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式0≤Treq≤Temax·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在行车充电模式,首先通过车速和前轴车辆处的需求功率
Figure FDA0002934196300000062
查取行车充电模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩
Figure FDA0002934196300000063
Figure FDA0002934196300000064
查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：
当0≤Treq≤Tel·ifo·icvt·ηcvt时，Te＝Tel,Tm＝0,
Figure FDA0002934196300000065
当Tel·ifo·icvt·ηcvt＜Treq≤Teopt·ifo·icvt·ηcvt时，Te＝Teopt,Tm＝0,
Figure FDA0002934196300000066
当Teopt·ifo·icvt·ηcvt＜Treq≤Temax·ifo·icvt·ηcvt时，Te＝Temax,Tm＝0,
Figure FDA0002934196300000067
⑩当车速大于定值V0，且SOC＜SOCl,且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式Treq＞Temax·ifo·icvt·ηcvt时，整车运行在纯发动机驱动模式,首先通过车速和前轴车辆处的需求功率
Figure FDA0002934196300000068
查取纯发动机驱动模式下的CVT目标速比MAP图，获取该模式下的CVT目标速比icvt，然后根据速比和CVT的输出转矩
Figure FDA0002934196300000069
查取CVT效率MAP图，获取CVT的效率ηcvt，最后进行转矩分配：
Figure FDA00029341963000000610
Tm＝0,Tisg＝0
Figure FDA00029341963000000611
当Treq＜0时，且车辆车轮处的需求转矩Treq满足式|Treq|≤|Tmmin·iro|，整车运行在再生制动模式下，转矩分配为：
Te＝0,
Figure FDA0002934196300000071
Tisg＝0
上述步骤中，Vt为车辆的车速，Treq为车辆车轮处的需求转矩，iro为后轴主减速器速比，ifo为前轴主减速器速比，Te为发动机的输出转矩，Tm为后驱电机的输出转矩，Tisg为前轴ISG电机的输出转矩，Tisgmax为ISG电机的最大输出转矩，Tmmax为后驱电机的最大输出转矩，Tmmin为后驱电机的最大充电转矩，SOCh为车辆工作在电量消耗阶段的电池SOC下限值，SOCl为车辆工作在电量维持阶段的电池SOC下限值。
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